烟酸及胆碱对围产期奶牛营养代谢的调控

刘士杰，怀文辉，范士杰，毕颖慧，曹 烨

（1.全国畜牧总站、中国饲料工业协会，北京 100125；2.全椒县动物疫病预防控制中心，安徽滁州 239500；3.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193）

围产期是奶牛泌乳周期中的特殊生理时期，一般是奶牛临产前21 d到产后21 d，也可分为围产前期和围产后期2个阶段。在此期间奶牛要经历妊娠、分娩、泌乳等一系列复杂的生理过程，机体营养与内分泌机能发生很大的变化，导致奶牛免疫力下降，繁殖代谢类疾病如难产、胎衣不下、子宫炎、酮病等高发，对奶牛健康和生产活动产生了不利影响，限制了奶牛养殖业的发展。烟酸和胆碱能够调控脂肪代谢，并提高产后泌乳性能，改善奶牛健康。本文总结了烟酸和胆碱的理化性质、生理功能及对围产期奶牛的作用，以期为烟酸和胆碱在围产期奶牛中的应用提供理论依据。

1 烟酸和胆碱的理化性质与生理功能

1.1 烟酸的理化性质与功能 烟酸（NA）是一种水溶性B族维生素，又名尼克酸、维生素B5、维生素PP或抗癞皮病维生素，化学式为C6H5NO2，白色针状或淡黄色针状结晶，无臭或微臭味微苦，是结构最简单、理化性质最稳定的维生素。烟酸进入动物体内后转化成烟酰胺（NAM），NAM具有生物活性，是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）的组成成分，在氧化还原过程中起传递氢的作用。烟酸可促进铁吸收和血细胞的生成，进而影响造血过程；维持皮肤的正常功能和消化腺的分泌；提高中枢神经的兴奋性；改善心血管系统、网状内皮系统与内分泌功能。此外还可以提高动物的生产性能，参与机体合成和分解代谢，对动物碳水化合物、脂类、蛋白质代谢均有重要影响，其中对脂类代谢的影响尤为重要。动物体内缺乏烟酸会妨碍辅酶合成，影响生物氧化，使机体新陈代谢发生障碍，从而引起癞皮病、角膜炎、神经和消化系统紊乱等疾病。已有研究表明，烟酸通过与膳食脂肪相互作用，促进日粮中脂肪酸吸收进入血液，导致血清非酯化脂肪酸（NEFA）和氨基葡萄糖浓度升高，最终提高奶牛产奶量和乳脂率。以药物剂量补充烟酸，可减少脂肪动员，诱导氨基酸转化为葡萄糖，降低血液中的β-羟基丁酸和游离脂肪酸水平。因此，烟酸在维持动物体内蛋白质、脂类和碳水化合物等营养物质的代谢方面发挥着重要作用。

1.2 胆碱的理化性质与功能 胆碱是一种水溶性B族维生素，又名维生素B4，分子式为C5H15NO2，其化学名称为三甲基乙醇胺（又称β-羟乙基三甲胺）。纯净胆碱是无色、黏滞、微带鱼腥味、吸湿性很强的碱性液体，其无水物为白色易潮解的针状结晶。胆碱不同于其他B族维生素，其不参与构成体组织和能量物质，而是作为细胞结构发挥其生理作用。胆碱具有多种生理功能：（1）胆碱是维持动物正常生理机能及生长所必需的维生素之一，在构成细胞结构、维持细胞通透性和保障信息传递方面发挥重要作用；（2）胆碱是乙酰胆碱的前体，乙酰胆碱是维持动物神经系统正常功能必不可少的一种神经递质；（3）胆碱在肝脏中参与脂肪的代谢和运输，以卵磷脂的形式加速脂肪由肝脏转运出去，防止脂肪在肝脏集聚；（4）胆碱是动物体内不稳定甲基的主要供体，甲基参与肌酸、肉毒碱的合成，参与肾上腺素等激素的合成并可甲酯化某些物质使之从尿中排出（孙菲菲等，2014）。

2 烟酸和胆碱对围产期奶牛的作用机理

2.1 烟酸对围产期奶牛的作用机理 目前，有关烟酸在围产期奶牛中的应用研究较多，但其对能量代谢的调控机理仍不完全清楚。奶牛主要通过4种途径摄入烟酸：饲料提供、体内色氨酸转化、体内微生物合成（特别是反刍动物瘤胃微生物合成）和额外添加烟酸。动物自身合成烟酸受采食量、日粮蛋白和能量水平、日粮类型及加工工艺等因素影响。围产期奶牛经历一系列生理变化，机体需要大量营养物质，但由于采食量下降以及体内激素分泌的影响，营养物质的摄入量远低于机体需求，奶牛处于营养负平衡状态，导致烟酸的有效摄入远低于需求。

2.1.1 烟酸对生产性能的影响 烟酸可以增加瘤胃原虫数量，提高产奶量，提升乳脂率和乳蛋白率，促进生长育肥。赵术帆等（2012）报道，日粮中添加过瘤胃烟酸20 g/头·d，可有效提高产奶量，泌乳前期提高17.76%，全程平均提高10.30%，但对奶牛采食量无显著影响。Vanderwende等（2009）研究表明，添加过瘤胃烟酸，产奶量可提高4%。孙国君等（2003）研究显示，在泌乳早期荷斯坦牛日粮中添加烟酸3 g/d·头和6 g/d·头，与对照组相比，产奶量分别增加 1.06、1.85 kg/d·头，分别提高 3.21%、5.61%乳脂率无显著差异。耿艳红等（2007）夏季在泌乳早期荷斯坦牛日粮中添加烟酸5 g/d·头和10 g/d·头，可使产奶量分别提高13.20%和9.39%。杨耐德等（2010）报道，奶牛日粮添加烟酸8、15 g/d·头，干物质采食量分别提高12.71%和11.20%；8 g/d·头组奶牛营养物质消化率显著提高，15 g/d·头组营养物质消化率有提高的趋势，但差异不显著；奶牛日粮中添加烟酸能维持血清皮质醇水平的基本恒定，有降低血清胆固醇、甘油三酯的趋势。

2.1.2 烟酸对糖代谢的影响 葡萄糖是反刍动物主要的能量供应物质，参与机体能量和蛋白质代谢等生理过程，也是乳腺合成乳糖的重要前体物质，其代谢程度和方式对围产期奶牛能量供应具有重要影响，包括内源葡萄糖和外源葡萄糖。奶牛泌乳早期能量需要量几乎倍增，而干物质采食量下降10% ～ 30%，血糖补给不足，导致能量的支出大于供给，机体处于能量负平衡状态，为满足能量需求机体动用体脂，大量游离脂肪酸进入血液，一方面使肝脏合成的β-脂蛋白增加，造成血脂浓度升高，另一方面产生大量乙酰CoA，进而通过一系列缩合反应转化成酮体，使细胞代谢发生障碍，引起酮血症（陈萍等，2005）。研究发现，分别通过皱胃灌注和静脉注射葡萄糖，可以升高血液葡萄糖浓度，改善泌乳性能，降低β－羟基丁酸的浓度，缓解NEB状态，降低奶牛临床和亚临床酮病血浆中β-羟基丁酸和非酯化脂肪酸浓度。

烟酸对围产期奶牛血液葡萄糖浓度的影响在不同的研究中结果并不一致。目前认为烟酸对血液葡萄糖浓度调控通过以下3种方式：（1）作为参与能量代谢的辅酶组成成分，参与肝脏糖异生过程，生成内源葡萄糖，维持血糖恒定；（2）促进血管舒张，增加血液流量；（3）调控胰岛素等激素的敏感性（魏筱诗等，2017）。Pries等（2007）报道，限饲奶牛皱胃灌注烟酸，再注射葡萄糖后发现，血液葡萄糖浓度较对照组显著下降，这与烟酸可显著降低血液中非酯化脂肪酸浓度，缓解胰岛素抵抗现象有关。另有研究发现，奶牛皱胃灌注烟酸后再注射葡萄糖，血液葡萄糖浓度与对照组相比下降缓慢（Pries等，2016）。烟酸对血液葡萄糖的影响除了参与葡萄糖代谢，还参与多个激素代谢过程，包括胰岛素、胰高血糖素和肾上腺素等，胰岛素在机体糖、脂肪和蛋白质代谢中具有重要的作用。奶牛在围产期，特别是分娩和泌乳前期，往往发生胰岛素抵抗现象，普遍认为胰岛素抵抗现象有助于减少外周组织对葡萄糖的利用，保证对母体和胎儿的能量供应（魏筱诗等，2017）。分娩时，奶牛动用自身体脂，体内非酯化脂肪酸浓度急剧升高，诱发胰岛素抵抗现象。Kinoshita等（2016）研究发现，围产期奶牛补饲烟酸虽提高了血液葡萄糖浓度，但显著降低了肝脏组织中葡萄糖转运蛋白基因（GLUT2）和蛋白质的表达量，对脂肪组织也没有显著影响，这可能与烟酸的动力学作用有关，具体作用机制目前还不清楚。

2.1.3 烟酸对热应激的影响 在夏季高温高湿的环境下，奶牛很容易产生热应激。研究显示，热应激会降低干物质采食量，影响奶牛的生产性能，增加奶牛疫病发生几率，进而影响新生犊牛的免疫机能。热应激还可以通过影响奶牛体内胰岛素等激素的变化，影响机体对葡萄糖利用和脂肪动员等能量代谢方式，加剧NEB状态，进而影响奶牛产奶量。奶牛日粮中添加过瘤胃烟酸能够提高产奶量，缓解热应激反应。李建国等（1995）报道，热应激奶牛日粮中添加烟酸可显著提高产奶量和血糖含量，血糖浓度随烟酸水平增加而增加，显著降低血清尿素氮浓度，极显著降低游离脂肪酸含量。有研究报道，奶牛热应激时提高日粮蛋白质水平并添加烟酸，不仅可提高奶牛采食量和产奶量，还可显著提高血液中三碘甲状腺素含量，一定程度上缓解热应激。还有研究认为，添加烟酸不能显著提高产奶量，但显著降低了热应激时体表温度。烟酸可降低肝细胞还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶活性和促炎因子白细胞介素8（IL-8）水平，利于保持肝脏健康和功能的发挥。Aragona等（2016）研究发现，围产前期补饲烟酸可增加初乳中免疫球蛋白G（IgG）浓度，提高初乳质量，这与烟酸在奶牛围产期发挥的重要作用密切相关。

2.2 胆碱对围产期奶牛的作用机理 围产期奶牛经过妊娠、分娩、泌乳等一系列应激，极易发生各类代谢性疾病，胆碱可调控动物能量代谢和肝脏脂肪转运，提高产后生产性能和奶牛健康。

2.2.1 胆碱对生产性能的影响 正常情况下，奶牛能够自身合成胆碱维持机体需要，随着奶牛生产性能的提高，对胆碱的需求不断加大，自身合成胆碱已经无法满足泌乳期生产需要，尤其是围产期能量负平衡状态下，添加外源性胆碱显得更为重要。研究表明，在饲粮中添加过瘤胃胆碱（RPC）可以改善围产期奶牛代谢及产后泌乳性能，增加产奶量，并提高乳蛋白和乳脂产率。Zahra等（2006）在饲粮中添加56 g/d RPC，产后60 d内，平均每天可增加产奶1.2 kg，表明RPC可提高产后泌乳性能。RPC能够调控奶牛泌乳性能，可能是RPC促进机体合成乙酸，进而增加乳脂肪前体物质的合成；也可能是RPC促进肝脏脂肪酸氧化、运输，提高了糖异生能力，满足泌乳奶牛对能量和葡萄糖的需要。

2.2.2 胆碱对脂肪的影响 奶牛围产期采食量降低，营养摄入严重不足，导致机体动用大量体脂满足能量需求。围产期奶牛体脂代谢产生的 NEFA在肝脏通过 3 条途径代谢：（1）完全氧化为二氧化碳和水，为机体供能；（2）不完全氧化成酮体，但这种形式供能效率较低；（3）酯化为甘油三酯（TG），甘油三酯在肝脏异常积聚形成脂肪肝，也可以以极低密度脂蛋白（VLDL）形式转运进入血液，供机体组织利用。相应的，也可以通过3条途径降低奶牛围产期脂肪肝的发病率：（1）提高能量摄入，改善能量负平衡，减少动用体脂；（2）促进肝脏脂肪酸的氧化，使NEFA完全氧化为二氧化碳和水；（3）促进合成VLDL，将甘油三酯及时转运出肝脏。胆碱是合成卵磷脂所必需的物质，可促进合成VLDL，加速肝脏中甘油三酯转运出去；作为肉毒碱的甲基供体，胆碱也可以促进NEFA 的氧化（孙菲菲等，2014）。

大量研究证实，奶牛日粮中添加RPC后，可以有效减轻脂肪肝症状。Goselink等（2013）报道，奶牛围产期日粮中添加60 g/d 的RPC，产后1～4周肝脏中TG的含量降低，但对控制脂代谢作用酶的基因表达没有影响。奶牛饲喂RPC后可增强肝脏微粒体甘油三酯转运蛋白（MTTP）的基因表达，MTTP是TG形成VLDL的必需物质，促进TG从肝脏转运出来，由此表明，胆碱能促进围产期奶牛肝脏中NEFA的代谢（李胜开等，2015）。还有研究表明，RPC还可提高载脂蛋白B100的基因表达，B100是VLDL的组成成分，也是VLDL分泌的必需物质（Goselink等，2013）。

2.2.3 胆碱对采食量的影响 通过营养调控手段提高干物质采食量是保障围产期奶牛健康和生产的关键。Lima等（2012）研究发现，在围产期奶牛日粮中添加RPC，对围产前期干物质采食量没有影响，但可提高产后干物质采食量。Zom等（2011）报道，在围产期奶牛日粮中添加RPC，干物质采食量提高1.6 kg/d，这些差异可能是RPC的添加量、生物学效价、过瘤胃率等不同造成的。目前，RPC对奶牛干物质采食量的作用机理尚不清楚，但普遍认为干物质采食量的增加与提高产奶量密切相关。

3 小结

在奶牛整个泌乳周期中围产期是关键阶段，该阶段饲养管理和日粮营养与胎儿发育、奶牛健康和泌乳性能密切相关。烟酸和胆碱是两种重要的B族维生素，在动物体内发挥重要作用，可参与调控围产期奶牛脂肪代谢，有效缓解能量负平衡，预防和减少代谢障碍性疾病，改善机体健康，提高产后泌乳性能。由于这两种维生素作用效果受多种因素影响，其部分作用机理尚不明确，有待进一步研究。